Microbial Macroecology: bacterial dispersion in shallow lakes distributed by the São Paulo state

Abstract

Studies in microbial ecology have had rapid advances in the last decades, in part due to the influence of technological innovations that allowed us to perceive a much greater microbial diversity than was previously found. There are increasing evidences that ecological patterns previously attributed only to macro-organisms can also be observed in microorganisms, a fact that brings the study of microorganisms closer to the application of theories and models already consecrated in classical ecology. Still, the contribution of microorganisms to theoretical ecology is still in its infancy. The present dissertation aims to study the patterns of spatial distribution in prokaryotic organisms of dozens of small lakes inserted in a tropical region in a perimeter of more than 3000 km. This thesis is divided in four chapters, first focusing on the historical context of ecological studies related to spatial attributes of species distribution, which was the basis for the creation of new paradigms such as metapopulations and metacommunities, and discussed the advances of microbiological studies in convergence with these new paradigms and how molecular technologies have contributed to bring microbial ecology closer to general ecology. The second chapter aims to present in a more detailed view on the methods used, problems faced and their solutions, in order to facilitate future studies where the same techniques of extraction, sequencing and data processing (bioinformatics) need to be applied. In the third chapter two well-known extraction methods were tested to evaluate their influence in indices commonly used in ecological studies. The last chapter demonstrates the presence of a bimodal distribution of occupancy-frequency distribution through the analysis of 60 shallow lakes near springs distributed in a large-scale matrix covering the entire state of São Paulo, a pattern already widely demonstrated for macro-organisms, but not yet tested in freshwater bacteria. In addition, the most abundant bacterial groups among the 'core' organisms and the most diverse among the 'satellite' and their potential relevance for the communities in which they were inserted were evaluated. This study is a contribution of microbial ecology to general ecology, aiming at a full understanding of the processes that drive the composition of microbial communities in a given environment.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Estudos em ecologia microbiana vêm avançando rapidamente nas últimas décadas, em parte por influencia de avanços tecnológicos que nos permitiram perceber uma diversidade microbiana muito maior que se esperava. É cada vez mais evidente que padrões ecológicos inicialmente descritos para macro-organismos também podem ser observados em micro-organismos, fato que aproxima o estudo destes últimos à aplicação de teorias e modelos já consagrados pela ecologia clássica. Mesmo assim, a contribuição de microrganismos para o avanço de teorias ecológicas está ainda na sua infância. A presente dissertação tem como objetivo estudar os padrões de distribuição espacial de organismos procariotos de dezenas de pequenos lagos inseridos em uma região tropical com um perímetro superior a 3000 km. Esta dissertação está dividida em quatro capítulos. Primeiro foco no contexto histórico dos estudos ecológicos relacionados a atributos espaciais de distribuição de espécies e servindo de base para a criação de novos paradigmas como o das metapopulações e das metacomunidades. Além disso, discuti os avanços dos estudos microbiológicos em convergência com estes novos paradigmas e como tecnologias moleculares contribuíram para aproximar a ecologia microbiana da ecologia geral. O segundo capítulo visa apresentar de forma mais detalhada os métodos utilizados, além de problemas enfrentados e suas soluções, com o objetivo de facilitar futuros estudos onde se necessite aplicar as mesmas técnicas de extração, sequenciamento e processamento de dados (bioinformática). No terceiro capítulo foram aplicadas duas técnicas de extração bastante conhecidas para que pudéssemos avaliar sua influência em índices comumente utilizados em estudos ecológicos. O ultimo capítulo demonstra a presença de uma distribuição bimodal de distribuição de frequências de ocupação através da análise de 60 lagoas próximas a nascentes distribuídas por uma macrorregião, abarcando todo o Estado de São Paulo, padrão já largamente demonstrado para macro-organismos, mas que ainda não havia sido testado em bactérias de água doce. Além disso, foram avaliados os grupos bacterianos mais abundantes dentre os organismos ‘core’ e os mais diversos dentre os ‘satellite’ e sua potencial relevância nas comunidades em que estão inseridas. Este estudo constitui uma contribuição da ecologia microbiana para a ecologia geral, visando uma plena compreensão dos processos que dirigem a composição das comunidades microbianas de determinado ambiente.FAPESP: 2014/14139-3FAPESP: 2011/50054-